高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)中裂縫病害的評價

周偉紅

關(guān)鍵詞： 瀝青路面裂縫 成因分析 防治方案 養(yǎng)護(hù)

中圖分類號： U418 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）15-0117-05

近年來，隨著國內(nèi)外高速公路建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大、信息技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提高，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)也在逐步提升，病害防治措施也有了新的突破。根據(jù)路面損壞類型，瀝青路面病害類型有龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、沉陷、車轍、波浪擁抱、坑槽、松散、泛油、修補(bǔ)這11 種[1]。隨著交通量的增加，高速公路的負(fù)荷日益繁重，高速公路實(shí)際養(yǎng)護(hù)過程中，瀝青路面的裂縫問題尤為突出，隨著裂縫的形成與發(fā)展，也誘發(fā)了其他路面病害。多種病害的共存大幅降低了高速公路結(jié)構(gòu)的承載能力、耐久性和設(shè)計使用年限，同時增加了車輛在行駛中的風(fēng)險和安全隱患。在開展瀝青路面裂縫病害的調(diào)查分析中，智能化系統(tǒng)檢測技術(shù)變得越來越重要，王敬飛[2]提出基于算法的三維檢測方法、章天杰[3]提出基于殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瀝青路面裂縫識別算法、魏海斌[4]提出基于圖像處理的瀝青路面裂縫識別算法、潘旺[5]提出基于灰色理論的瀝青路面裂縫預(yù)測模型等相關(guān)理論的不斷完善，都使瀝青路面裂縫病害的調(diào)查結(jié)果更全面、更準(zhǔn)確。針對不同裂縫類型，分析其特征和影響因素，伴隨著新材料、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的研究和應(yīng)用[6-9]，制訂合理的防治方案，有效預(yù)防和應(yīng)對瀝青路面裂縫對公路養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的不利影響，消除公路路面安全隱患，延長公路使用壽命。因此，高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)中裂縫病害的評價，為高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、修復(fù)性養(yǎng)護(hù)的科學(xué)養(yǎng)護(hù)決策提供參考依據(jù)，對準(zhǔn)確把握公路路面運(yùn)營技術(shù)狀況具有重要指導(dǎo)意義。

1 路面裂縫調(diào)查與分類

1.1 裂縫調(diào)查方法

現(xiàn)狀調(diào)查是裂縫病害評價的基礎(chǔ)。通過查閱資料、現(xiàn)場人工檢測和智能化系統(tǒng)檢測識別，都可以獲得裂縫大量基本信息，常見方法有如下兩種。

1.1.1 人工檢測記錄方法

借助測量工具進(jìn)行現(xiàn)場人工實(shí)地調(diào)查，記錄病害位置、特征等信息，該方法直觀、簡單，但檢測效率低、工作強(qiáng)度大、耗時耗人工、影響車輛正常通行、作業(yè)環(huán)境不安全、主觀操作性強(qiáng)。

1.1.2 智能化系統(tǒng)檢測方法

利用智能化檢測系統(tǒng)可以連續(xù)掃描采集裂縫圖像，然后基于圖像技術(shù)建立相關(guān)模型進(jìn)行分析[10]，采用不同算法、不同網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)等數(shù)據(jù)處理方法對路面裂縫進(jìn)行統(tǒng)計和處理，可以提高裂縫檢測速度和精度，不影響車輛正常通行。專業(yè)化檢測技術(shù)要求高，前期投入成本高。

1.2 裂縫類型及特征

高速公路瀝青路面裂縫寬窄不一、深淺有差異、變化不規(guī)則，識別內(nèi)容主要包括位置、尺寸、內(nèi)外走向等。

（1）按照所在位置，分為表面裂縫和內(nèi)部裂縫。表面裂縫深度比較淺，一般分布于瀝青路面上面層。內(nèi)部裂縫深度較深，可能延伸至下面層、路面基層，甚至存在于路基主體中。

（2）按照外觀形狀，分為橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫、塊狀裂縫。橫向裂縫縫寬不一，走向與路中心線基本垂直，縫長貫穿部分路幅或整個路幅，裂縫一般比較規(guī)則，沿路面大致呈均勻分布，裂縫成一定間距出現(xiàn)?？v向裂縫走向基本與行車方向平行，長度、寬度、深度大小不一。網(wǎng)狀裂縫是形成一系列多邊形小塊組成的縱橫交錯的開裂裂縫，一般形態(tài)是沿輪跡帶出現(xiàn)單條或多條平行的縱縫，而后在縱縫間出現(xiàn)斜向或橫向支縫，形成縫網(wǎng)。塊狀裂縫是大規(guī)模網(wǎng)狀裂縫上形成大小形狀不規(guī)則的呈松散脫落狀態(tài)的瀝青塊狀。

（3）按照形成機(jī)理，分為溫度裂縫、反射裂縫、荷載裂縫、疲勞裂縫。溫度裂縫是在溫度變化的作用下，不同的材料導(dǎo)熱性能差異性較大，在溫度作用下，各個結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的內(nèi)力大小、方向不一致，會產(chǎn)生收縮及膨脹變形導(dǎo)致瀝青路面發(fā)生的裂縫。反射裂縫是路基或者路面基層中產(chǎn)生的，在路面結(jié)構(gòu)自重和路面行車荷載的長期作用下反射至瀝青路面上面層的裂縫。荷載裂縫是瀝青路面結(jié)構(gòu)在車輛行駛作用下，在輪跡帶附近因結(jié)構(gòu)受力不均勻產(chǎn)生的縱向裂縫。疲勞裂縫是路面結(jié)構(gòu)在長期反復(fù)承受車輛動荷載和摩擦力作用下，瀝青路面面層材料變形、瀝青老化變質(zhì)、集料表面粘附性下降，面層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低出現(xiàn)的不規(guī)則裂縫。

（4）按照損壞程度，分為輕度、中度、重度[1]。龜裂按面積計算，輕度為主要裂縫塊度在0.2～0.5 m 之間，平均裂縫寬度小于或等于2 mm；中度為主要裂縫塊度小于0.2 m，平均裂縫寬度在2～5 mm 之間；重度為主要裂縫塊度小于0.2 m，平均裂縫寬度大于5 mm。塊狀裂縫按面積計算，輕度為主要裂縫塊度大于1.0 m，平均裂縫寬度在1～2 mm 之間；重度為主要裂縫塊度在0.5～1.0 m 之間，平均裂縫寬度大于或等于2 mm。縱向裂縫按長度（m）計算，檢測結(jié)果用影響寬度（0.2 m）換算成損壞面積，輕度為主要裂縫寬度小于或等于3 mm；重度為主要裂縫寬度大于3 mm。橫向裂縫應(yīng)按長度（m）計算，檢測結(jié)果應(yīng)用影響寬度（0.2 m）換算成損壞面積，輕度為主要裂縫寬度小于或等于3 mm；重度為主要裂縫寬度大于3 mm。

2 路面裂縫成因分析

成因分析是裂縫病害評價的核心，是制訂裂縫處治方案的依據(jù)。裂縫是瀝青混凝土路面最常見的病害之一，不同地區(qū)氣候條件和交通量不同，導(dǎo)致瀝青路面裂縫的原因也各不相同，路基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、路面基層結(jié)構(gòu)破壞、瀝青面層結(jié)構(gòu)破壞、瀝青表面層性能衰減、路面整體強(qiáng)度不足、交通荷載的增加，都會導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)各種裂縫。從病害來源分析，主要有外部因素和內(nèi)部因素。外部因素包括氣候、地形地貌、水文地質(zhì)、交通狀況、行車荷載等。內(nèi)部因素包括路基結(jié)構(gòu)類型、基層厚度強(qiáng)度、面層結(jié)構(gòu)類型、筑路原材料性質(zhì)、施工工藝等。

2.1 荷載因素

隨著高速公路交通荷載的增加，部分汽車超載，車輛輪胎與路面壓力、摩擦力增大，在大型車輛的沖擊作用下，承重層基層下部受拉，拉應(yīng)力不足的位置底部先破壞出現(xiàn)裂縫，隨著車輛荷載重復(fù)性次數(shù)增多逐漸反射至路面，形成橫向裂縫。隨著渠化交通荷載頻繁振動，車輪與瀝青路面接觸邊緣易產(chǎn)生較大剪應(yīng)力，輪跡帶位置瀝青混合料強(qiáng)度不足易形成縱向裂縫，甚至延伸至基層、路基中，控制好行車荷載，可以減少裂縫的產(chǎn)生。

2.2 設(shè)計施工因素

由于地質(zhì)勘察不詳細(xì)，資料收集不全，路基處理和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不合理，導(dǎo)致路基處理不到位，各層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，從而引起各種裂縫病害。施工過程是結(jié)構(gòu)層質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)，施工方法、順序或者工藝技術(shù)不成熟、不先進(jìn)，影響瀝青路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的形成。路基施工過程中土質(zhì)種類多、路基材料松鋪厚度過大、壓路機(jī)械質(zhì)量偏小、壓實(shí)遍數(shù)不合理等都會造成路基壓實(shí)不均勻。在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理時未挖臺階，導(dǎo)致路基不均勻沉降，易形成橫向裂縫并反射到瀝青面層。處于坑槽路段或出現(xiàn)彈簧土情況，施工時處理不到位，在回填土后，由于地基承載能力的差別會出現(xiàn)不均勻沉降，造成路基縱向或橫向開裂?；鶎映尚瓦^程中，因未控制好最佳含水率和最大干密度，摻合料劑量或者養(yǎng)護(hù)不到位，材料容易失水收縮而形成橫向裂縫。瀝青面層分層分幅幅攤鋪時，分層處或者兩幅接縫處未處理好，在車輛荷載及大氣因素作用下逐漸出現(xiàn)縱向裂縫。

2.3 溫度因素

溫度變化引起的裂縫在瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的橫向裂縫中比較常見，瀝青路面結(jié)構(gòu)層中由于應(yīng)用材料性能的不同，成形溫度較高，在溫度應(yīng)力作用下會使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生差異性變化。另外，不同材料導(dǎo)熱性能也不同，材料因溫度驟降而發(fā)生低溫收縮，會使各個結(jié)構(gòu)層之間產(chǎn)生大小、方向均不一致的相互作用力，結(jié)構(gòu)層便會產(chǎn)生局部收縮或膨脹變形，從而影響結(jié)構(gòu)之間的黏合效果出現(xiàn)裂縫。因?yàn)r青是一種對溫度變化比較敏感的黏彈性材料，溫度下降時，瀝青混合料逐漸變硬變脆，并發(fā)生收縮變形，收縮變形使面層底部承受拉力，當(dāng)收縮拉應(yīng)力超過瀝青混凝土的抗拉強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)層間的黏結(jié)力時，瀝青路面表面就會被拉裂，并隨著溫濕度的循環(huán)變化及行車荷載的反復(fù)作用，裂縫逐步向下發(fā)展，形成上寬下窄的橫向裂縫。常見的溫度裂縫分為兩種：一種是低溫收縮裂縫，在所處環(huán)境中，低溫持續(xù)時間較長的瀝青路面會比較容易產(chǎn)生；另一種是溫度疲勞裂縫，在溫度差異大變化頻繁的環(huán)境中容易出現(xiàn)，特別是在早晚溫差大的地區(qū)，出現(xiàn)概率會更高。

2.4 水的因素

高速公路養(yǎng)護(hù)過程中，路基地表或者低下排水措施不力，地下水的滲入或者遇到雨季較多時，路表、邊坡排水不暢不及時，導(dǎo)致水分滲透進(jìn)入路面基層或者路基中，造成結(jié)構(gòu)層積水，對結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度造成不同程度破壞，局部路基受水浸泡后承載力下降，在動靜荷載的作用下，路基路面強(qiáng)度不足，發(fā)生沉降或滑動容易產(chǎn)生各種裂縫。瀝青混凝土路面路基、基層、路面施工應(yīng)避開多雨季節(jié)，必須施工時應(yīng)編制專項(xiàng)方案，并經(jīng)專項(xiàng)論證后實(shí)施，可以有效應(yīng)對瀝青路面出現(xiàn)裂縫等病害。

2.5 材料因素

路基填筑過程中使用了液塑性指數(shù)特別大、含水率大于最佳含水率、滲水性、水穩(wěn)性差異大的填料，或填土顆粒粒徑過大、顆粒之間空隙過大時，均會造成路基壓實(shí)度不足，會出現(xiàn)沉降裂縫?；鶎咏Y(jié)合料中集料級配中細(xì)集料偏多、粗細(xì)集料含泥量較高、壓碎值偏高、成型溫度較高、拌和不均勻、養(yǎng)護(hù)不及時，會導(dǎo)致基層表面出現(xiàn)縱橫向裂縫或網(wǎng)狀裂縫，所以原材料檢驗(yàn)中應(yīng)控制好結(jié)合料、被穩(wěn)定材料及其他相關(guān)材料的試驗(yàn)。瀝青混合料材料中瀝青的性能對混合料強(qiáng)度影響明顯，在車輛荷載作用下瀝青面層壓密變形，石料磨光，瀝青老化后黏附性降低，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，容易形成不同類型裂縫。

3 路面裂縫防治方案

路面裂縫的調(diào)查和識別，是裂縫處治的基礎(chǔ)，裂縫成因的分析為有效預(yù)防和處治裂縫提供依據(jù)。認(rèn)真組織，科學(xué)安排，制訂合理的裂縫防治方案是裂縫病害評價的重點(diǎn)內(nèi)容。對新建高速公路，要早期做好預(yù)防措施和過程控制；對正在運(yùn)營的公路，主要從修補(bǔ)材料和工藝技術(shù)上對裂縫采取針對性措施進(jìn)行處治，防止病害的進(jìn)一步擴(kuò)展，減少車輛行駛中存在的安全隱患，提高公路技術(shù)狀況決策水平，進(jìn)一步延長瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用年限，降低公路養(yǎng)護(hù)成本。

3.1 預(yù)防措施

優(yōu)化路面設(shè)計，改進(jìn)施工方案，優(yōu)化施工材料，嚴(yán)控施工質(zhì)量，預(yù)處理路基基層裂縫，是瀝青路面裂縫的主要預(yù)防措施。

（1）路基施工前要認(rèn)真做好勘察，優(yōu)化設(shè)計方案和施工方案，嚴(yán)格控制好路基壓實(shí)度和彎沉，滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，防止路基中出現(xiàn)沉降、裂縫等病害。主要預(yù)防措施有以下幾點(diǎn)：清除碾壓層下軟弱層，換填良性土質(zhì)碾壓；對產(chǎn)生“彈簧”現(xiàn)象部位，將其過濕土翻曬或挖除換填含水率適宜的良性土重新碾壓；對產(chǎn)生“彈簧”現(xiàn)象且急于趕工路段，可摻水泥或生石灰粉翻拌至含水率適宜后碾壓；半填半挖路段按規(guī)范要求挖臺階分層填筑壓實(shí)；采用合理填料，滲水性、水穩(wěn)性差異大的混合料應(yīng)分層或分段填筑；嚴(yán)格控制路基每一層的最佳含水率、標(biāo)高、平整度；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，避免表面水分過分損失；路基邊坡、高填方路基除了一般路基處治措施外，還要控制好沉降和位移，做好監(jiān)測工作；施工過程中保證設(shè)備匹配合理，施工銜接緊湊。

（2）路面基層主要有粒料類和無機(jī)結(jié)合料類，對于無機(jī)結(jié)合料基層，混合料中石灰、水泥、粉煤灰等填料比例控制在一定范圍內(nèi)，集料級配中細(xì)集料要合適，碎石中含泥量要減少，混合料要拌和均勻；碾壓時集料含水率控制在最佳范圍內(nèi)；成型時溫度不能太高，養(yǎng)護(hù)要及時，養(yǎng)護(hù)時灑水量不宜過大；一般要待路基穩(wěn)定后進(jìn)行基層的施工；路面基層施工中出現(xiàn)收縮裂縫時，在裂縫位置可通過灌縫、鋪設(shè)玻璃纖維格柵、灑鋪熱改性瀝青預(yù)處理。

（3）瀝青混合料面層是高速公路中最常見的路面類型，主要是要控制好瀝青，粗細(xì)集料、填料、纖維穩(wěn)定劑的性能。瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)的溫度要控制在合理范圍內(nèi)；熱接縫、冷接縫的處理要滿足規(guī)范和設(shè)計要求，縱向施工縫通常采用半幅推鋪的施工技術(shù)，橫向施工縫通常采用平接縫的施工技術(shù)[11]。

3.2 貼縫帶處治

經(jīng)檢查和成因分析，如果路面裂縫較淺較窄，小于5 mm 且走向平順時，可采用貼縫帶方式進(jìn)行處治，對公路瀝青路面裂縫有良好的修補(bǔ)作用。瀝青路面貼縫帶具有高性能、成本低、施工效率高、可以快速恢復(fù)交通等特點(diǎn)，能夠很大程度地延長高速公路路面的使用壽命。貼縫前裂縫周邊須清潔平整，要求無大的凸起、凹陷、松散、碎石、泛油等現(xiàn)象，然后將貼縫帶撕開薄膜，粘貼在裂縫上即可。為保證貼縫帶取得更好效果，貼縫帶貼好后也可用滾筒壓實(shí)、壓平。貼縫帶不適用于網(wǎng)狀裂縫、坑槽裂縫，處治裂縫效果與貼縫帶材料、氣候溫濕度變化有關(guān)。

3.3 灌封處治

灌縫是高速公路裂縫處治的重要方法之一。經(jīng)檢查和成因分析，如果裂縫較深較寬，即大于5 mm 時，一般可通過灌縫的方式進(jìn)行處理，常用的灌縫材料有普通瀝青、改性瀝青、橡膠瀝青等膠體材料，一般都有防潮、防塵、防腐蝕的作用，在低溫環(huán)境下進(jìn)行灌縫，可以提高路面整體的強(qiáng)度。根據(jù)施工工藝，灌縫有開槽和不開槽兩種方式灌縫[12]，當(dāng)裂縫深度小于3 mm、寬度小于10 mm 時，可以不開槽灌縫，但要對縫隙內(nèi)及周邊進(jìn)行徹底清理，注膠飽滿才可以保證灌縫的質(zhì)量；當(dāng)裂縫深度大于3 mm、寬度大于10 mm 時，應(yīng)采用開槽或者鉆孔灌縫。另外，施工時還要注意開槽或鉆孔、清縫、注入、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)；要控制好灌縫材料的溫度，灌縫時材料應(yīng)略高于原路面，然后進(jìn)行壓平密封，從而提升灌縫效果；灌縫處治后的路面，要能有效阻止路面雨水和雜物進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)。

3.4 其他方法

在裂縫處治過程中還應(yīng)進(jìn)行方案比選，選擇經(jīng)濟(jì)性好、技術(shù)性強(qiáng)的方式，以達(dá)到公路工程養(yǎng)護(hù)的效果。除了以上常用方法，還有壓漿法、攤鋪法、挖漿法、瀝青再生技術(shù)、封層、功能性罩面等養(yǎng)護(hù)技術(shù)。壓漿法是利用高壓設(shè)備將漿液填充裂縫位置的縫隙，在局部裂縫處理上效果良好[13]。攤鋪法是采取銑刨方式清理掉面層裂縫部位雜物后填充覆蓋一層強(qiáng)度高的材料進(jìn)行封閉壓實(shí)處理，對于網(wǎng)狀或塊狀裂縫應(yīng)用效果良好。挖漿法是挖除對路面出現(xiàn)沉降的裂縫范圍，一般挖至路基頂面，在規(guī)定位置鋪設(shè)土工織物再注漿修復(fù)表面的一種方法。瀝青路面再生利用技術(shù)是指對舊瀝青路面進(jìn)行翻修或廢棄，經(jīng)過路面再生專用設(shè)備的翻挖、回收、加熱、破碎、篩分后，將再生劑、新瀝青、新集料等按一定比例加入重新拌和成混合料，滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的一種工藝方法[14]。瀝青路面在長期使用過程中，在車輛荷載和氣候因素的作用下，其構(gòu)成材料的性能發(fā)生了變化與衰減，主要表現(xiàn)為礦料級配的退化和瀝青的老化，關(guān)鍵在于瀝青材料的再生。再生方式包括現(xiàn)場冷再生、現(xiàn)場熱再生、廠拌熱再生，現(xiàn)場熱再生又分為整形再生法、重鋪再生法、復(fù)拌再生法，可以有效改善瀝青混合料路面的性能和處治路面裂縫。封層適用于有輕微病害、存在病害隱患或尚未出現(xiàn)病害，路面技術(shù)狀況優(yōu)良以上且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求的瀝青路面，可作為預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施。封層包括紗霧封層、稀漿封層、微表處、砂石封層、纖維封層、復(fù)合封層等措施，高速公路推薦使用含砂霧封層、微表處、復(fù)合封層[15]。功能性罩面適用于各等級公路預(yù)防或修復(fù)養(yǎng)護(hù)、需要改善抗滑等使用性能且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足使用要求的瀝青路面，鋪筑厚度小于40 mm 的功能性罩面可作為預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施。功能性罩面包括鋪筑厚度小于25 mm 的超薄罩面、不小于25 mm 且小于40 mm 的薄層罩面和不小于40 mm 且小于60 mm 的罩面類型。功能性罩面瀝青膠結(jié)料可采用熱瀝青、溫拌或冷拌改性瀝青，應(yīng)根據(jù)路面損壞狀況、改善使用功能、施工條件、工程經(jīng)驗(yàn)等因素進(jìn)行選用[15]。

4 結(jié)論

高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)中裂縫病害的評價主要包括裂縫的調(diào)查與分類、不同類型裂縫的成因分析、裂縫的防治方案3 個方面，本文主要得到以下幾個結(jié)論。

（1）瀝青路面裂縫可以采用人工和智能檢測的調(diào)查方法，可以根據(jù)調(diào)查結(jié)果，從4種角度對裂縫進(jìn)行分類。

（2）造成瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因較多，主要影響因素有行車荷載、溫度變化、設(shè)計施工方案、水、材料等。

（3）瀝青路面裂縫預(yù)防措施主要在路基、基層、路面3 個過程中進(jìn)行控制。

（4）瀝青路面裂縫出現(xiàn)裂縫后處治措施主要有貼縫帶和灌縫兩種方法，還有壓漿法、攤鋪法、挖漿法、非開挖注漿、瀝青再生技術(shù)、封層、功能性罩面等養(yǎng)護(hù)技術(shù)，實(shí)際工作中可以根據(jù)不同情況采用多種方式相結(jié)合的方法進(jìn)行處治。